এসিড, ক্ষারক আর pH: বুরেট থেকে ফোঁটা ফেলে নিজে দেখো

সিমুলেশনটি কীভাবে ব্যবহার করবে

1. “বিকারের দ্রবণ” থেকে HCl, CH₃COOH, NaOH বা বিশুদ্ধ পানি বেছে নাও। এসিড বা পানি হলে বুরেটে থাকবে NaOH, আর ক্ষার হলে বুরেটে থাকবে HCl।
2. ▶ চাপো: বুরেট থেকে ফোঁটা পড়তে শুরু করবে, বিকারের রং বদলাবে, আর ডান পাশে টাইট্রেশন লেখচিত্র আঁকা হবে।
3. “বুরেট থেকে যোগ করা আয়তন” স্লাইডার দিয়ে যেকোনো আয়তনে থেমে pH, pOH আর [H₃O⁺] মিলিয়ে দেখো।
4. নির্দেশক বদলাও: ফেনলফথালিন ক্ষারীয় দ্রবণে গোলাপি হয়, মিথাইল অরেঞ্জ এসিডে লাল আর ক্ষারে হলুদ।
5. “আয়নগুলো বড় করে দেখাও” চালু রাখলে গোল ঘরে লাল (H₃O⁺) আর নীল (OH⁻) আয়ন দেখবে: প্রতি এক pH এককে দুটো করে বিন্দু বাড়ে বা কমে, কারণ স্কেলটা লগারিদমিক।
6. ঘনমাত্রা ও আয়তনের স্লাইডার বদলালে বিকার আবার ভরে যায়। সমতুল্য বিন্দুর আয়তন পরিমাপ প্যানেলে দেখো আর খাতায় M₁V₁ = M₂V₂ দিয়ে মিলিয়ে নাও।

লেবুর টক, সাবানের পিচ্ছিল ভাব আর পেট জ্বালা: সব এক গল্প

লেবু চিপে জিভে দিলে টক লাগে, তেঁতুলও টক, ভিনেগারও টক। আবার সাবান হাতে নিলে পিচ্ছিল লাগে, চুন মুখে গেলে কষা লাগে। খেয়াল করেছ, টক জিনিসগুলো একরকম আর পিচ্ছিল-কষা জিনিসগুলো আরেকরকম? রসায়নবিদেরা এই দুই দলের নাম দিয়েছেন এসিড (অম্ল) আর ক্ষারক।

বেশি ঝাল-তেলের খাবার খেলে অনেকের বুক জ্বালা করে। ডাক্তার তখন অ্যান্টাসিড দেন। কেন? কারণ পাকস্থলীতে থাকা হাইড্রোক্লোরিক এসিড বেশি হয়ে গেছে, আর অ্যান্টাসিড একটা মৃদু ক্ষারক যা সেই বাড়তি এসিডকে “ঠান্ডা” করে দেয়। এসিড আর ক্ষারক মিলে একে অপরের ধর্ম নষ্ট করে দেওয়াকে বলে প্রশমন। এটাই আজকের পাতার মূল নায়ক।

কিন্তু “কতটা টক” বা “কতটা ক্ষারীয়” সেটা মাপবে কীভাবে? জিভে দিয়ে তো আর ল্যাবের এসিড চাখা যায় না! এজন্য বিজ্ঞানীরা একটা সংখ্যা বানিয়েছেন: pH। ০ থেকে ১৪ পর্যন্ত এই সংখ্যাটা বলে দেয় দ্রবণ কতটা অম্লীয় বা ক্ষারীয়। নিচের সিমুলেশনে তুমি সেই সংখ্যাটা চোখের সামনে বদলাতে দেখবে।

একদম শুরু থেকে: এসিড, ক্ষারক আর ক্ষার কী

সবচেয়ে সহজ সংজ্ঞাটা দিয়েছিলেন সুইডিশ বিজ্ঞানী আরহেনিয়াস। তাঁর মতে, যে পদার্থ পানিতে দ্রবীভূত হয়ে হাইড্রোজেন আয়ন (H⁺) দেয় সেটা এসিড, আর যে পদার্থ পানিতে হাইড্রক্সাইড আয়ন (OH⁻) দেয় সেটা ক্ষার। যেমন HCl পানিতে ভেঙে H⁺ আর Cl⁻ হয়, তাই HCl এসিড; NaOH ভেঙে Na⁺ আর OH⁻ হয়, তাই NaOH ক্ষার।

একটা ছোট্ট সত্যি কথা: খালি H⁺ আয়ন (মানে শুধু একটা প্রোটন) পানিতে একা থাকতে পারে না। সে সঙ্গে সঙ্গে একটা পানির অণুর সাথে জুড়ে হাইড্রোনিয়াম আয়ন H₃O⁺ বানায়। তাই বইয়ে কোথাও H⁺ আর কোথাও H₃O⁺ লেখা দেখলে ঘাবড়ে যেও না: দুটো দিয়ে একই জিনিস বোঝানো হয়।

পরে ব্রনস্টেড আর লাউরি আরও বড় একটা সংজ্ঞা দিলেন: যে প্রোটন (H⁺) দান করে সে এসিড, আর যে প্রোটন গ্রহণ করে সে ক্ষারক। এই সংজ্ঞায় অ্যামোনিয়া (NH₃) ক্ষারক, কারণ সে পানির কাছ থেকে একটা প্রোটন নিয়ে NH₄⁺ হয়ে যায়, যদিও NH₃-এর মধ্যে কোনো OH নেই।

এবার ক্ষারক আর ক্ষারের পার্থক্যটা পরিষ্কার করি, কারণ SSC-তে এটা প্রায়ই আসে। যে পদার্থ এসিডের সাথে বিক্রিয়া করে লবণ আর পানি দেয় সেটাই ক্ষারক, যেমন CuO, CaO, NaOH। এদের মধ্যে যেগুলো পানিতে দ্রবীভূত হয় (NaOH, KOH, Ca(OH)₂), শুধু সেগুলোকে বলে ক্ষার। তাই মনে রাখো: সব ক্ষার ক্ষারক, কিন্তু সব ক্ষারক ক্ষার নয়। কপার অক্সাইড ক্ষারক, কিন্তু পানিতে গলে না বলে ক্ষার নয়।

• এসিডের বৈশিষ্ট্য: স্বাদে টক, নীল লিটমাসকে লাল করে, সক্রিয় ধাতুর (Zn, Mg) সাথে বিক্রিয়ায় H₂ গ্যাস দেয়, কার্বনেটের সাথে CO₂ দেয়, জলীয় দ্রবণ বিদ্যুৎ পরিবহন করে।
• ক্ষারের বৈশিষ্ট্য: স্বাদে কষা, ছুঁলে পিচ্ছিল লাগে, লাল লিটমাসকে নীল করে, ফেনলফথালিনকে গোলাপি করে, এসিডের সাথে বিক্রিয়ায় লবণ ও পানি দেয়।
• লবণ: এসিডের H⁺ কোনো ধাতব আয়ন বা NH₄⁺ দিয়ে প্রতিস্থাপিত হলে যে যৌগ হয়, যেমন NaCl, KNO₃, CaSO₄।

গুরুত্বপূর্ণ শব্দগুলো এক নজরে

“কাকে বলে” ধরনের প্রশ্ন সবচেয়ে বেশি আসে এই শব্দগুলো থেকে। তাই টেবিলটা একবার ভালো করে পড়ে নাও।

pH কি এবং pH কি নির্দেশ করে

বিশুদ্ধ পানিও সামান্য পরিমাণে নিজে নিজে ভেঙে যায়: H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻। ২৫ °C-এ এক লিটার বিশুদ্ধ পানিতে H₃O⁺ থাকে মাত্র ১.০ × 10⁻⁷ মোল, আর OH⁻-ও ঠিক ততটাই। দুটো সমান, তাই পানি নিরপেক্ষ।

এত ছোট সংখ্যা নিয়ে কাজ করা কষ্টকর। তাই ১৯০৯ সালে ড্যানিশ রসায়নবিদ সোরেনসেন একটা বুদ্ধি বের করলেন: ঘনমাত্রার লগারিদম নিয়ে মাইনাস চিহ্ন বসিয়ে দাও। তাতে ১.০ × 10⁻⁷ হয়ে যায় সুন্দর একটা ৭। এই সংখ্যাটাই pH। “p” মানে “power” বা ঘাত, আর “H” মানে হাইড্রোজেন আয়ন।

তাহলে pH কি নির্দেশ করে? pH নির্দেশ করে দ্রবণে হাইড্রোজেন (হাইড্রোনিয়াম) আয়নের ঘনমাত্রা কত। pH যত কম, H₃O⁺ তত বেশি, দ্রবণ তত বেশি অম্লীয়। pH যত বেশি, H₃O⁺ তত কম আর OH⁻ তত বেশি, দ্রবণ তত বেশি ক্ষারীয়।

সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কথাটা এখানে: pH স্কেল লগারিদমিক। pH ১ কমলে H₃O⁺ ১০ গুণ বাড়ে, ২ কমলে ১০০ গুণ। তাই pH ৩-এর ভিনেগার pH ৬-এর দুধের চেয়ে দ্বিগুণ নয়, পুরো ১,০০০ গুণ বেশি অম্লীয়! সিমুলেশনের গোল ঘরে এজন্যই প্রতি pH এককে একই সংখ্যক বিন্দু বাড়ে-কমে: বিন্দুগুলো লগ স্কেলে আঁকা।

pH স্কেল: ০ থেকে ১৪ পর্যন্ত চেনা জিনিসগুলো

সিমুলেশনের নিচের রঙিন দাগটাই pH স্কেল। বাম দিকে লাল (খুব অম্লীয়), মাঝখানে সবুজ (নিরপেক্ষ), ডানে নীল-বেগুনি (খুব ক্ষারীয়)। সার্বজনীন নির্দেশকের রংও ঠিক এভাবে বদলায়, তাই স্কেলটা ওই রং দিয়েই আঁকা।

আমাদের চারপাশের জিনিসগুলো এই স্কেলে কোথায় বসে, দেখো। মনে রাখবে, প্রাকৃতিক জিনিসের pH একটু ওঠানামা করে, তাই নিচের মানগুলো আনুমানিক।

তীব্র আর মৃদু এসিড: সবাই সমান টক নয়

HCl পানিতে দিলে প্রায় প্রতিটি অণুই ভেঙে আয়ন হয়ে যায়। একে বলে তীব্র এসিড। তাই ০.০১ M HCl-এ [H₃O⁺] সরাসরি ০.০১ M, আর হিসাব খুব সোজা।

কিন্তু ভিনেগারের অ্যাসিটিক এসিড (CH₃COOH) পানিতে দিলে খুব অল্প কিছু অণু ভাঙে, বেশিরভাগ অণু আস্ত থেকে যায়। একে বলে মৃদু এসিড। এর “ভাঙার প্রবণতা” মাপা হয় বিয়োজন ধ্রুবক Ka দিয়ে; অ্যাসিটিক এসিডের Ka = ১.৮ × 10⁻⁵, মানে pKa = ৪.৭৪।

ফল কী দাঁড়ায়? একই ০.১ M ঘনমাত্রায় HCl-এর pH ১.০০, অথচ অ্যাসিটিক এসিডের pH ২.৮৮। মাত্র ১.৩৩% অণু ভাঙে! সিমুলেশনে বিকারের দ্রবণ HCl থেকে CH₃COOH করে দেখো: শুরুর pH অনেক বেড়ে যায়, আর লেখচিত্রের শুরুটা খাড়া না হয়ে একটা সমতল “কাঁধ” তৈরি করে।

তীব্র আর ঘন এক জিনিস নয়, এটা পরীক্ষায় খুব ধরা হয়। “তীব্র” মানে কতটা ভাঙে, আর “ঘন” মানে এক লিটারে কতটা আছে। খুব পাতলা HCl-ও তীব্র এসিড, আর খুব ঘন অ্যাসিটিক এসিডও মৃদু এসিড।

• তীব্র এসিড: HCl, HNO₃, H₂SO₄ (প্রথম ধাপ)।
• মৃদু এসিড: CH₃COOH (ভিনেগার), H₂CO₃ (কোমল পানীয়), সাইট্রিক এসিড (লেবু), টারটারিক এসিড (তেঁতুল)।
• তীব্র ক্ষার: NaOH, KOH।
• মৃদু ক্ষার: NH₄OH (অ্যামোনিয়ার দ্রবণ), Mg(OH)₂ (অ্যান্টাসিডে থাকে)।

নির্দেশক: দ্রবণ নিজেই রং দিয়ে কথা বলে

নির্দেশক হলো এমন রাসায়নিক পদার্থ, যার রং দ্রবণের pH অনুযায়ী বদলে যায়। অধিকাংশ নির্দেশক নিজেরাই মৃদু এসিড বা মৃদু ক্ষারক; H⁺ নিলে একরকম রং, H⁺ ছাড়লে আরেকরকম।

প্রতিটি নির্দেশকের একটা নির্দিষ্ট “রং বদলের পরিসর” আছে। টাইট্রেশনে সঠিক নির্দেশক বাছাই করতে হয় এমনভাবে যেন তার রং বদলের পরিসর সমতুল্য বিন্দুর খাড়া লাফের মধ্যে পড়ে।

প্রশমন বিক্রিয়া কাকে বলে

এসিড ও ক্ষারক পরস্পরের সাথে বিক্রিয়া করে লবণ ও পানি উৎপন্ন করলে তাকে প্রশমন বিক্রিয়া বলে। বিক্রিয়ার পর এসিডের অম্লত্ব আর ক্ষারের ক্ষারকত্ব দুটোই “প্রশমিত” হয়, মানে নষ্ট হয়ে যায়।

আসল ঘটনাটা ঘটে আয়নের স্তরে। Na⁺ আর Cl⁻ দর্শকের মতো দ্রবণে ভেসে থাকে (এদের দর্শক আয়ন বলে); কাজ করে শুধু H₃O⁺ আর OH⁻, যারা মিলে পানি হয়ে যায়। সিমুলেশনের গোল ঘরে লাল বিন্দু কমে নীল বিন্দু বাড়তে থাকা মানে এটাই।

প্রশমন বিক্রিয়া তাপ উৎপাদী। তীব্র এসিড আর তীব্র ক্ষারের প্রশমনে প্রতি মোল পানি তৈরিতে প্রায় ৫৭ কিলোজুল তাপ বের হয়, তাই বিকার হাত দিলে একটু গরম লাগে। আবার এটা রেডক্স বিক্রিয়া নয়, কারণ কোনো মৌলের জারণ সংখ্যা বদলায় না: H +১ থেকে +১, O −২ থেকে −২ থাকে।

টাইট্রেশন: অজানা ঘনমাত্রা খুঁজে বের করার কৌশল

ধরো তোমার কাছে একটা NaOH দ্রবণ আছে, কিন্তু ঘনমাত্রা জানা নেই। তুমি পিপেট দিয়ে নির্দিষ্ট আয়তন কনিক্যাল ফ্লাস্কে নিলে, কয়েক ফোঁটা নির্দেশক দিলে, আর বুরেট থেকে জানা ঘনমাত্রার HCl ফোঁটায় ফোঁটায় যোগ করতে থাকলে। যে মুহূর্তে নির্দেশকের রং স্থায়ীভাবে বদলায় (প্রান্তবিন্দু), তখন বুরেটের পাঠ নাও। এই পুরো প্রক্রিয়ার নাম টাইট্রেশন।

সমতুল্য বিন্দুতে এসিডের মোল = ক্ষারের মোল (এক-ক্ষারীয় এসিড আর এক-অম্লীয় ক্ষারের ক্ষেত্রে)। মোল = ঘনমাত্রা × আয়তন, তাই সূত্রটা দাঁড়ায় M₁V₁ = M₂V₂। তিনটি জানা থাকলে চতুর্থটা বের করা যায়।

সিমুলেশনের শুরুর সেটআপে ২৫ mL ০.১ M HCl-এ ০.১ M NaOH যোগ করা হচ্ছে। তাই সমতুল্য বিন্দু ২৫ mL-এ। শুরুর pH ১.০০। খেয়াল করো, প্রথম ২০ mL যোগ করার পরেও pH খুব একটা বাড়ে না, কিন্তু সমতুল্য বিন্দুর ঠিক আগে-পরে মাত্র ০.২ mL (৪ ফোঁটা!) যোগ করলেই pH ৩.৭০ থেকে লাফিয়ে ১০.৩০ হয়ে যায়। প্রায় ৬.৬ pH এককের এই খাড়া লাফই টাইট্রেশনের প্রাণ; এজন্যই শেষের দিকে ফোঁটা ফোঁটা করে যোগ করতে হয়।

সিমুলেশনে নিজে করে দেখো: ৬টি ছোট পরীক্ষা

পড়ে বোঝার চেয়ে নিজে করে বোঝা অনেক পাকা হয়। নিচের পরীক্ষাগুলো একে একে করো, আর প্রতিবার আগে অনুমান করো কী ঘটবে।

গাণিতিক সমস্যা: ধাপে ধাপে সমাধান

নিচের প্রতিটি উত্তর সিমুলেশনের একই সমীকরণ দিয়ে হিসাব করা (তাপমাত্রা ২৫ °C ধরে)। প্রথমে নিজে করো, তারপর মিলিয়ে নাও।

যে ভুলগুলো সবাই করে

পরীক্ষার খাতা দেখতে গিয়ে শিক্ষকেরা বারবার একই ভুল পান। তুমি এগুলো এড়িয়ে চলো।

• pH ৩-এর দ্রবণকে pH ৬-এর চেয়ে “দ্বিগুণ” অম্লীয় বলা। আসলে ১০০০ গুণ, কারণ স্কেল লগারিদমিক।
• ক্ষারের pH বের করতে সরাসরি −log[OH⁻] লিখে সেটাকেই pH বলা। ওটা pOH; pH = 14 − pOH।
• “তীব্র” আর “ঘন” গুলিয়ে ফেলা। পাতলা HCl-ও তীব্র এসিড।
• সব ক্ষারককে ক্ষার বলা। শুধু পানিতে দ্রবণীয় ক্ষারকই ক্ষার।
• প্রশমনের পর দ্রবণ সবসময় নিরপেক্ষ (pH ৭) ভাবা। মৃদু এসিড-তীব্র ক্ষারের সমতুল্য বিন্দুতে pH ৭-এর বেশি হয়।
• M₁V₁ = M₂V₂ ব্যবহার করার সময় দ্বিক্ষারীয় এসিড (H₂SO₄)-এর জন্য n না বসানো।
• mL আর L মিশিয়ে ফেলা। দুই পাশে একই একক রাখলে সমস্যা নেই, কিন্তু মোল বের করতে লিটার লাগবে।

বাস্তব জীবনে pH আর প্রশমন

পাকস্থলী খাবার হজমের জন্য HCl তৈরি করে (pH ১–৩)। বেশি হলে অম্বল বা বুক জ্বালা হয়। অ্যান্টাসিডে থাকে Mg(OH)₂ বা Al(OH)₃-এর মতো মৃদু ক্ষারক, যা বাড়তি এসিডকে প্রশমিত করে।

মাটির pH ফসলের জন্য খুব জরুরি। বেশিরভাগ ফসল pH ৬–৭.৫-এ ভালো হয়। মাটি বেশি অম্লীয় হলে কৃষকেরা চুন (CaO বা CaCO₃) দেন, আর বেশি ক্ষারীয় হলে জৈব সার বা জিপসাম দেন। বাংলাদেশের অনেক পাহাড়ি ও উত্তরাঞ্চলের মাটি অম্লীয়, তাই সেখানে চুন দেওয়ার পরামর্শ দেওয়া হয়।

কলকারখানা থেকে বের হওয়া সালফার ডাইঅক্সাইড ও নাইট্রোজেনের অক্সাইড বৃষ্টির পানিতে মিশে অম্লবৃষ্টি হয় (pH ৫.৬-এর কম)। এটা গাছপালা, মাছ আর মার্বেলের ভবনের ক্ষতি করে।

খাওয়ার পর মুখের ব্যাকটেরিয়া এসিড তৈরি করে দাঁতের এনামেল ক্ষয় করে। টুথপেস্ট মৃদু ক্ষারীয়, তাই দাঁত মাজলে সেই এসিড প্রশমিত হয়।

মৌমাছির হুলে থাকে এসিড, তাই আক্রান্ত জায়গায় খাবার সোডার মতো মৃদু ক্ষার লাগালে আরাম হয়। বোলতার হুলে ক্ষারীয় পদার্থ থাকে বলে সেখানে ভিনেগারের মতো মৃদু এসিড লাগানোর কথা বলা হয়। পিঁপড়ার কামড়েও ফরমিক এসিড থাকে।

রক্তের pH ৭.৩৫–৭.৪৫-এর মধ্যে রাখতে শরীরে বাফার ব্যবস্থা কাজ করে। এর বাইরে গেলে গুরুতর অসুস্থতা হয়।

পরীক্ষার কোণ: SSC ও HSC সৃজনশীল প্রশ্নে কী আসে

SSC রসায়নে “এসিড-ক্ষারক সমতা” এবং HSC রসায়ন প্রথম পত্রে “রাসায়নিক পরিবর্তন” অধ্যায়ে এই বিষয়গুলো পড়ানো হয়। সৃজনশীল প্রশ্নে সাধারণত একটা দৃশ্যকল্প দেওয়া থাকে (যেমন দুটি বিকারে দুটি দ্রবণ), আর তার ওপর চার স্তরের প্রশ্ন।

• জ্ঞানমূলক (ক): pH কাকে বলে? প্রশমন বিক্রিয়া কাকে বলে? নির্দেশক কী? এক লাইনের সংজ্ঞা, বইয়ের ভাষায় লেখো।
• অনুধাবনমূলক (খ): সব ক্ষার ক্ষারক কিন্তু সব ক্ষারক ক্ষার নয়, ব্যাখ্যা করো। প্রশমন একটি নন-রেডক্স বিক্রিয়া কেন? pH স্কেল লগারিদমিক বলতে কী বোঝায়?
• প্রয়োগমূলক (গ): দেওয়া দ্রবণের pH হিসাব করো, বা M₁V₁ = M₂V₂ দিয়ে ঘনমাত্রা বের করো। একক আর লগের ধাপ পরিষ্কার লেখো।
• উচ্চতর দক্ষতা (ঘ): দুটি দ্রবণ মেশালে মিশ্রণ অম্লীয় না ক্ষারীয় হবে, মোল হিসাব করে বিশ্লেষণ করো; বা কোন নির্দেশক উপযুক্ত, যুক্তি দাও।
• বহুনির্বাচনি: pH ও pOH-এর যোগফল, নির্দেশকের রং, লবণের সংকেত, কোনটি ক্ষার নয়, এমন প্রশ্ন প্রায় প্রতি বছর থাকে।

এক পাতায় রিভিশন

পরীক্ষার আগের রাতে শুধু এই তালিকাটা পড়ে নাও।

• এসিড পানিতে H₃O⁺ দেয়, ক্ষার OH⁻ দেয়; পানিতে দ্রবণীয় ক্ষারকই ক্ষার।
• pH = −log[H₃O⁺]; pOH = −log[OH⁻]; ২৫ °C-এ pH + pOH = 14।
• pH < 7 অম্লীয়, = 7 নিরপেক্ষ, > 7 ক্ষারীয়; প্রতি এক একক = ১০ গুণ।
• তীব্র এসিড প্রায় পুরোপুরি বিয়োজিত হয়, মৃদু এসিড সামান্য।
• প্রশমন: এসিড + ক্ষারক → লবণ + পানি; নিট আয়নিক: H₃O⁺ + OH⁻ → 2H₂O; তাপ উৎপাদী।
• টাইট্রেশনে সমতুল্য বিন্দুতে M₁V₁ = M₂V₂; সেখানে pH খাড়াভাবে লাফ দেয়।
• ফেনলফথালিন: এসিডে বর্ণহীন, ক্ষারে গোলাপি; মিথাইল অরেঞ্জ: এসিডে লাল, ক্ষারে হলুদ।

সচরাচর জিজ্ঞাসা